自由基诱导解离（OAD）技术加速非靶向脂质组学研究

本文由东京农工大学教授、MS-DIAL首席专家Dr. Hiroshi Tsugawa，岛津工程师Hidenori Takahashi，日本理化研究所Haruki Uchino，日本庆应义塾大学Omega-3脂质组学专家Dr. Makoto Arita共同合作完成。

文章发表于COMMUNICATIONS CHEMISTRY | (2022)5:162 | https://doi.org/10.1038/s42004-022-00778-1|

一、研究背景

脂质是生物体的基本化合物，具有多种生理功能，如细胞膜的组成部分、信号传递介质、能量储存和上皮屏障的形成。脂质的结构多样性是由分子骨架、极性头基团、酰链、双键位置等不同组合产生的。而双键（C = C）的位置是生物系统中的一个关键因素，但尚未被全面表征。

二、研究结果

联合研究小组使用一种结合自由基诱导解离技术（OAD）和计算质谱（CompMS）的方法，通过提高注释率来解决C = C位置分辨的非靶向脂质组学问题。联合研究小组首先分析了85种脂质标准品，验证了脂质结构和OAD-MS/MS谱图的关联性。结果表明，OAD可以分析不同血脂类别(磷脂、鞘脂、甘油脂、脂肪酸酰基)和侧链类型( O-酰基、N酰基、鞘脂碱骨架)内的C=C位置。

研究团队开发了MS-RIDD的软件，以促进使用CID-MS/MS和OAD-MS/MS的融合数据开展非靶向脂质组学研究。

该方法被应用于分析人类血浆和小鼠组织（肝脏、大脑、眼睛、皮肤、睾丸和粪便）的样本，最后成功鉴定了648种脂质物种，这些独特脂质达到C = C位置分辨水平。同时阐明了含有n-3和/或n-6超长链PUFAs(碳≥28，双键≥4)的组织特异性脂质在小鼠的眼睛、睾丸和大脑中的独特分布。

图1脂质OAD解离机理概述。a. OAD解离机理b. PC 18:0/18:1(n-9)的OAD-MS/MS谱和碎片离子的推定亚结构。键的解离发生在三个位置(红色、黄色和紫色)，产物离子的m/z值由红色、黄色和紫色表示。产物离子的理论m/z值随化学结构描述，而实验m/z值和相应的ppm质量精度在MS/MS谱折线图中显示。

图2使用碰撞诱导解离(CID)和自由基诱导解离（OAD）综合策略开展非靶向脂质组学研究。a. LC-CID-MS/MS和LC-OAD-MS/MS的并行数据采集，综合数据处理方法包含数据预处理，包括峰提取，峰对齐，MS/MS谱图匹配和标注。b. MS-RIDD是确定C = C位置的核心工具。

主要算法过程包括四个步骤：(1) 基于脂质分子信息生成理论上可能的候选结构 (2) 根据解离规则计算参考的中性丢失表 (3) 验证每个C = C位置必要的诊断离子 (4) 通过平方根变换值计算MS/MS谱相似度，优先考虑结构性候选离子的强度。

三、研究结论

岛津提供了一个用于深入研究脂质分子水平的强大工具——自由基诱导解离技术（OAD），这对于理解脂质在生物学系统中的作用至关重要。结合研究团队开发的MS-RIDD软件，实现了非靶向脂质组学数据的自动化注释和智能化处理。通过以上技术方法提高了脂质结构注释的准确率，并成功地鉴定了648种独特的脂质，这些脂质包含24种由LIPIDMAPS定义的脂质亚类，并且具有C = C位置分辨水平。这项研究不仅提高了对脂质C = C位置异构体的表征能力，而且为疾病机制的探索、生物标志物的识别和疾病复杂病理学的阐明提供了新的技术手段。

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